Chapitre V : CODES ET PROGRAMMES INTERNATIONAUX
2) Résultats selon les sites
Différentes options ont été examinées : argile, granite, sel, mais également l'option sous-marine. Le concept de base pour cette étude était de choisir pour chaque option un site de
"référence" lié à un site réel et à une ou plusieurs variantes. Nous ne décrirons que les trois premières options en nous attachant uniquement au scénario d'évolution normale. Pour plus de détails, on peut consulter le document de référence intitulé PAGIS M.
figure 11.
a) L'argile
Le site de référence : Mol en Belgique
La variante : Harvell au Royaume-Uni
Le schéma du scénario d'évolution normale pour le stockage dans l'argile est présenté FIGURE n° 11
Schéma du scénario d'évolution normale pour le stockage dans l'argile
dégradation
naturelle diffusion
migration dans les eaux souterraines.
RIVIERE
DECHET ARGILE AQUIFERE utilisation de l'eau
et transfert biologique HOMME détournement EAU DE
SOURCE
IL
STOCKAGE GEOSPHERE BIOSPHERE
Le transport des éléments dans l'argile a été calculé par le code MICOF. La migration des radionucléides à travers l'aquifère, de l'interface argile/aquifère à l'interface aquifère/biosphère a été modélisée par le code MICA. La concentration des radionucléides dans l'eau de source est obtenue par le code NUCDIS. Et les modèles BIOS et LISA sont utilisés pour représenter le cheminement dans la biosphère.
Les résultats obtenus sont les suivants :
• certains radionucléides ne quittent jamais la couche d'argile :
- les produits de fission à vie moyenne (90Sr, 137Cs et1 5 1 Sm) restent dans les 5 premiers mètres de la couche d'argile, - les isotopes de Am et Cm atteignent des niveaux qui restent
"négligeables" dans les 10 premiers mètres de la couche d'argile, et les isotopes de Pu dans les 12 premiers mètres de la couche,
• certains produits de fission à vie longue comme 79Se, 126Sn et 93Zr accèdent à la frontière de la couche d'argile, mais en concentration négligeable,
• d'autres produits de fission à vie longue comme 9 9Tc, 107Pd et 135Cs parviennent eux à l'aquifère en concentrations assez fortes pour donner des concentrations notables dans l'aquifère et l'eau de source,
• Le neptunium et l'uranium sont relativement mobiles dans l'argile. Ainsi
237Np, 235U, 236U et 2 3 8U atteignent l'interface argile/aquifère en concentrations notables.
Les voies d'exposition à l'homme considérées sont :
• l'eau de boisson contaminée,
• consommation de produits d'origine animale et de végétaux contaminés,
• inhalation de poussières remise en suspension à partir du sol contaminé.
Les calculs de dose individuelle sont présentés dans le tableau 15. L'analyse du scénario évolution normale a montré des doses extrêmement faibles, de telles doses pouvant être considérées comme insignifiantes pour la santé des populations futures.
TABLEAU n° 15
Estimation des doses individuelles pour le scénario d'évolution normale (stockage dans l'argile à Mol)
Radionucléide
Contamination par Temps 1,6.10-09
1,8.10-10 1,2.10-8 7,0.10-08
l'eau de source Principale
voie de contamination eau de boisson eau de boisson eau de boisson eau de boisson eau de boisson eau de boisson eau de boisson eau de boisson eau de boisson
Contamination par la rivière Temps 4,8.10-i3
3,4.10-12
Principale voie de contamination légume, lait poisson, légume inhalation inhalation
inhalation eau de boisson
figure 12.
b) Le granite
Le site de référence : Auriat en France
Les variantes : Barfleur en France et un site au Royaume Uni
Le schéma du scénario d'évolution normale pour le stockage dans le granite est présenté
FIGURE n° 12
Schéma du scénario d'évolution normale pour le stockage dans le granite
DECHET CHAMP
PROCHE ROCHE
GRANITIQUE
EAU DE
SURFACE HOMME
dégradation
naturelle diffusion migration dans les eaux souterraines
utilisation de l'eau et transfert biologique
STOCKAGE GEOSPHERE BIOSPHERE
Pour évaluer les conséquences radiologiques à long terme, un système de modélisation MELODIE a été développé, il se compose de trois autres modèles individuels :
• CONDIMENT, qui simule l'évolution du terme source,
• METIS, qui calcule le flux de l'eau souterraine et le transport dans la géosphère,
Les voies d'exposition à l'homme considérées sont :
• consommation d'eau filtrée,
• consommation de poissons,
• consommation de produits d'origine végétale contaminés par les eaux d'irrigation,
• consommation de produits d'origine animale, les animaux ayant bu l'eau contaminée ou mangé du fourrage contaminé par l'irrigation, ou ont été élevés sur un sol contaminé,
• inhalation de poussières remises en suspension à partir du sol contaminé,
• irradiation externe due au sol contaminé.
Les résultats obtenus sont les suivants :
• les produits de fission dont la période de demie vie est inférieure à 100 ans apparaissent dans des concentrations très faibles et sont donc négligés,
• certains produits de fission à vie longue comme 79Se, 107Pd et 126Sn sont également négligés car ils présentent des activités initiales ainsi que des doses par ingestion relativement faibles,
• les éléments comme " T e , 1 3 5Cs, 237Np, 233U et 2 4 1Am parviennent à la biosphère à la concentration de 3,7.1010 Bq/an.
Les calculs de dose individuelle sont présentés dans le tableau 16. L'analyse du scénario évolution normale montre qu'il n'y aurait pas de radioactivité significative qui atteindrait l'homme avant 1 million d'années après la mise en route du stockage. La contribution prédominante serait due à l'isotope 237Np.
TABLEAU n° 16
Estimation des doses individuelles pour le scénario d'évolution normale (stockage dans le granite)
Radionucléide
93 Zr 99T c
™Cs
229Th 233 y 237Np Max.
Temps du max.
(an) 6,0.106 2,5.10s
2,3.106 3,0.106
3,0.106 3,0.107
3,0.106
dose max.
(Sv/an) l,2.10-°8
1,8.10-07 4,0.10-07 1,5.10-06 6,5.10-07 3,0.10-06 5,7.10-06
Principale voie de contamination eau de boisson
eau de boisson, lait poisson
inhalation
eau de boisson, inhalation eau de boisson
eau de boisson
figure 13.
c) Le sel
Le site de référence : Gorleben en Allemagne
La variante : un bassin de sédimentation (vallée Rhône-Saône) en France Le schéma du scénario d'évolution normale pour le stockage dans le sel est présenté
FIGURE n° 13
Schéma du scénario d'évolution normale pour le stockage dans le sel intrusion d'eau d'une
veine anhydre dégradation
DECHET SEL
migration dans les eaux souterraines
AQUIFERE EAU DE
SOURCE HOMME 1
intrusion d'eau d'une poche d'eau
, salée
migration dans l'eau salée et expulsion par
convergence utilisation de l'eau
et transfert biologique
STOCKAGE GEOSPHERE BIOSPHERE
Le transport des éléments dans le sel a été calculé par le code REPOS (issu du code EMOS). Le comportement des radionucléides dans la biosphère est basé sur le code ECOSYS.
La voie d'exposition à l'homme considérée est la contamination de la chaîne alimentaire (milieu terrestre) :
• irrigation (transfert sol-plantes),
• végétaux (transfert sol-racine),
• animaux (lait et viande).
L'analyse du scénario évolution normale montre que la libération des radionucléides n'est effective qu'au delà de 15 millions d'années. La dose totale est de 1.10*6 Sv/an, la contribution principale étant due à l'élément 237Np, suivi par 234U.
3) Conclusion
comme suit
Des résultats jugés comme encourageants ont été obtenus et peuvent être résumés
• les doses de radiation délivrées à la population seraient nulles pendant plusieurs milliers d'années (20000 ans) après la mise en route du stockage (valable pour toutes les options et les sites analysés),
• les doses augmenteront ensuite graduellement et atteindront leur maximum après plusieurs millions d'années. Néanmoins ces doses seront toujours inférieures à celle due à la radioactivité naturelle.
B. "BIOMOVS"
BIOMOVS (Biospheric Model Validation Study) est un programme de coopération internationale, initié par l'Institut National Suédois de Protection des Radiations (NIRP). Il a pour objet de tester les différents modèles utilisés pour calculer les transferts dans l'environnement et la bioaccumulation des radionucléides et autres substances sous forme de traces PI.
Une vingtaine d'organisations ont participé. Leur pays d'origine sont : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Canada, le Danemark, l'Espagne, les Etats-Unis d'Amérique, la Finlande, la France, la Hongrie, l'Italie, le Japon, les Pays-Bas, le Royaume-Uni, la Suède, la Suisse, la Tchécoslovaquie.
Les objectifs primaires de BIOMOVS sont triples, à savoir Œ :
• tester la précision des prévisions des modèles d'estimation environnementale pour les contaminants sélectionnés et les scénarios d'exposition,
• expliquer les différences dans les prévisions des modèles, qui peuvent être dues à des différences de structure, à des hypothèses différentes et/ou à des différences dans les données sélectionnées,
• recommander les priorités des recherches futures pour améliorer la précision des prévisions des modèles.
Les objectifs secondaires de cette étude sont d'échanger des idées, des expériences, des informations afin d'améliorer l'intervalle de confiance de l'estimation quantitative du comportement environnemental des substances traces dans la biosphère.
Cela implique deux approches différentes pour satisfaire aux objectifs Œ :
• Approche A : d'une part, formulation de scénarios tests basés sur des données pertinentes et d'autre part, comparaison des prévisions des modèles vis à vis de ces séries de données indépendantes,
• Approche B : comparaison des prévisions des modèles et calculs d'incertitude associés pour chaque scénario test sélectionné sur la base de priorité d'incertitude (chaque participant doit préciser quels sont les paramètres qui participent le plus à l'incertitude de ses résultats).
BIOMOVS s'intéresse aux voies d'exposition importantes, terrestres et aquatiques, pour l'estimation des expositions des groupes critiques et de la population humaine.
1) Les scénarios
Le programme BIOMOVS comprend 10 scénarios. Nous ne ferons apparaître que ceux qui peuvent être utiles pour déterminer l'impact sur la biosphère d'un stockage profond de déchets hautement radioactifs.
a) Le scénario A4 ^]
Le scénario A4 a pour objet de tester les modèles de transfert biosphériques sur 13 sites, où les concentrations, après l'accident de Tchernobyl, en 1 3 lI et 137Cs dans l'air, le fourrage et le lait étaient disponibles.
Ce scénario concerne essentiellement la voie atmosphérique, mais quasiment tous les
b) Le scénario A5 M
Le scénario A5 étudie le comportement du césium dans un lac. Il fait suite au scénario initial qui était le scénario B3, dans lequel le comportement de 226Ra et 230Th était étudié dans un lac hypothétique. Le scénario était mal défini et les participants ont décidé individuellement des caractéristiques de l'écosystème étudié. Ces différentes hypothèses ont alors joué un rôle important dans les prévisions des modèles.
D'autre part, l'accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl en avril 1986 permettait d'acquérir des données sur le 137Cs. De plus, les résultats d'une expérience d'injection de Cs stable dans l'eau d'un lac aux Etas-Unis, étaient alors disponibles. Ainsi le scénario A5 se proposait de comparer les calculs des modèles aux mesures effectuées.
Un scénario différent est proposé pour chaque lac :
• East Twin Lake, aux Etats-Unis.
injection instantanée de 1 kg de Cs stable dans le lac,
• Lake Hillesion. en Suède.
dépôt de 100 kBqm"2 de 137Cs sur tout le bassin hydrographique en présence de neige, puis fonte des neiges,
• Lake Hôjsioen. en Norvège.
dépôt de 50 kBqnr2 de 137Cs sur tout le bassin hydrographique en présence de glace et de neige.
Sept modélisations sont comparées aux mesures réelles de la concentration en Cs :
• dans l'eau,
• dans les sédiments,
• dans les tissus comestibles des poissons (différentes espèces), en fonction du temps.
c) Le scénario B2 ^
Le scénario B2 considère le devenir de 237Np et " T e présents dans des eaux souterraines qui seraient utilisées pour irriguer une zone agricole. L'eau est contaminée à 1 Bq/1 (pour chaque radionucléide) sur une période de 10000 ans. Elle est utilisée avec un débit de 300 mm/an durant les 6 mois de saison de production.
Quinze modélisations sont comparées par examen de la concentration calculée en radionucléides, en fonction du temps :
• dans la zone racinaire (à la surface du sol),
• dans divers produits agricoles destinés à la consommation humaine,
• dans l'atmosphère (remise en suspension du sol).
d) Le scénario B3 P]
Le scénario B3 étudie le comportement de 226Ra et de 230Th dans un lac (à définir par
examen de la concentration calculée en radionucléides :
• dans l'eau de boisson,
• dans les tissus comestibles des poissons,
• dans les sédiments.
e) Le scénario B5 fê]
Le scénario B5 concerne une eau contaminée à 1 Bq/1 en 230Th et 226Ra (pour chaque radionucléide) alimentant un lac. Les formations de sédiment peuvent être utilisées pour l'agriculture, exposant ainsi l'homme par ingestion de radionucléides (par contamination de substances alimentaires ainsi produites), par inhalation de particules contaminées en suspension dans l'air, ainsi que par irradiation externe.
Quatre modélisations ont été comparées. Deux types de lac ont été examinés :
• un lac eutrophe (le lac Trobbofjarden en Suède),
• un lac oligotrophe profond d'altitude (le lac Uri en Suisse).
f) Le scénario B6 W
Ce scénario relève directement du comportement du déchet radioactif stocké profondément. Il s'intéresse au transport de radionucléides d'une eau souterraine contaminée jusqu'à la surface du sol, zone homogène agricole où il n'y a pas d'irrigation (transfert géosphère-biosphère se faisant uniquement par l'écosystème terrestre). Le débit de 2 3 7Np et 1 2 9I de l'eau jusqu'au sol (zone racinaire) est de 1 Bq/ha/an.
Dix modélisations sont comparées par examen de la concentration calculée en radionucléides :
• dans la zone racinaire,
dans les racines des cultures (carotte), dans les grains de céréales,
consommation humaine
• dans l'atmosphère, jusqu'au régime stationnaire.
g) Le scénario B7 $]
Le scénario B7 s'intéresse au transport de radionucléides par une eau souterraine contaminée à 106 Bqnr3 jusqu'à l'interface aquifère-sédiment profond (transfert géosphère-biosphère se faisant par l'écosystème aquatique). Le site considéré est la rivière Neet au nord de la Belgique. Les quatre radionucléides étudiés sont :
• 237Np et 239Pu (longue période de demi-vie),
• ^Sr et 137Cs (moyenne période de demi-vie).
Quatre modélisations sont comparées par examen de la concentration calculée en radionucléides :
• dans les sédiments (en surface et en profondeur),
• dans la zone racinaire,
• dans l'eau de boisson,
• dans les racines des cultures,
• dans les poissons,
consommation humaine.
h) Le scénario B8 M
Le scénario B8 a pour objectif d'examiner l'importance relative des voies de transfert des radionucléides dans une chaîne alimentaire afin d'identifier ce qui domine dans les voies d'exposition à l'homme. L'importance des voies de transfert est examinée pour divers scénarios de rejet et pour divers radionucléides. Le cas 6 est celui qui nous intéresse en premier lieu. Il examine la contamination d'une eau souterraine par un déchet solide de combustible irradié enfoui en stockage géologique, en Suède.
Les différents scénarios de test des dispositifs de stockage profond sont :
• 1) Contamination d'une source utilisée pour l'eau de boisson et l'irrigation,
• 2) Contamination d'un lac, utilisation de l'eau pour l'irrigation, et consommation de poisson,
• 3) Contamination d'une source et d'un lac.
Quatre modélisations sont comparées par examen de la concentration calculée pour une trentaine de radionucléides à vie longue (produits d'activation, produits de fission et actinides).
Dans l'estimation de la dose globale sont pris en compte :
• la dose "interne" par ingestion et inhalation,
• la dose "externe" par irradiation (par l'eau ou par le sol contaminé).
i) En résumé
Tous les scénarios de BIOMOVS, excepté B8, désignent les voies d'exposition et requièrent les concentrations de certains radionucléides dans la chaîne alimentaire ou dans certains milieux. La figure 14 résume ces différents points.
FIGURE n° 14
Les voies d'exposition examinées par les scénarios de BIOMOVS
Produits d'origine animale \
A4B2 B5B6B7
•A4B1
>
-Poissons A5 B3 B7
B 5 B 7